2020高考物理 章末質(zhì)量檢測（十三）熱學(xué)（含解析）魯科版選修3-3

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1、熱學(xué) (時(shí)間：45分鐘) 1.(1)(5分)下列有關(guān)飽和汽和氣體濕度說法正確的是__________。 (填正確答案標(biāo)號。選對1個(gè)得2分，選對2個(gè)得4分，選對3個(gè)得5分。每選錯(cuò)1個(gè)扣3分，最低得分為0分) A.與液體處于動(dòng)態(tài)平衡下的蒸汽為飽和汽 B.在相同溫度下，不同液體的飽和汽壓幾乎相等 C.一般液體的飽和汽壓與溫度成非線性關(guān)系，溫度越高，飽和汽壓越大 D.空氣的絕對濕度一定時(shí)，環(huán)境溫度越高，相對濕度越小 E.飽和汽基本性質(zhì)和理想氣體一樣，都適用于理想氣體狀態(tài)方程 (2)(10分)一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)A沿直線變化到狀態(tài)B，其p－V圖象如圖1所示。已知?dú)怏w處于狀態(tài)A時(shí)

2、，TA＝300 K，大氣壓強(qiáng)p0＝1.0×105 Pa，求在此變化過程中， 圖1 (ⅰ)氣體從外界吸收的熱量Q； (ⅱ)氣體的最高溫度。 解析　(1)根據(jù)飽和汽的定義可知，A正確；飽和汽壓是液體的一個(gè)重要性質(zhì)，它取決于液體的種類和溫度，故相同溫度下不同液體的飽和汽壓一般是不同的，B錯(cuò)誤；溫度越高，分子運(yùn)動(dòng)越劇烈，飽和汽壓越大，飽和汽壓與溫度成非線性關(guān)系，C正確；空氣中水蒸氣的實(shí)際壓強(qiáng)與同溫度下水的飽和汽壓之比叫做空氣的相對濕度，空氣絕對濕度不變時(shí)，溫度越高，水的飽和汽壓越大，空氣的相對濕度越小，D正確；飽和汽不適用于理想氣體狀態(tài)方程，E錯(cuò)誤。 (2)(ⅰ)由理想氣體狀態(tài)方程＝(1

3、分) 代入數(shù)據(jù)可解得TB＝300 K(1分) 故該理想氣體的內(nèi)能不變，ΔU＝0，由熱力學(xué)第一定律可知Q＝－W(1分) 又因?yàn)閃＝－p·ΔV，所以Q＝p·ΔV，數(shù)值上等于p－V圖線與坐標(biāo)軸所圍的面積(1分) 代入數(shù)據(jù)可解得Q＝400 J(1分) (ⅱ)由＝C(常量)可知，當(dāng)pV最大時(shí)，氣體的溫度最高 由圖象可知，p＝－108V＋4×105 (Pa)(1分) 得pV＝－108V2＋4×105V(Pa·m3)＝－108×(V－2×10－3)2＋4×102(Pa·m3)(1分) 故當(dāng)V＝2×10－3 m3時(shí)，pV有最大值(1分) 由理想氣體狀態(tài)方程可得＝(1分) 解得Tm＝400

4、K(1分) 答案　(1)ACD　(2)(ⅰ)400 J　(ⅱ)400 K 2.(1)(5分)關(guān)于熱現(xiàn)象和熱學(xué)規(guī)律，下列說法中正確的是__________。(填正確答案標(biāo)號。選對1個(gè)得2分，選對2個(gè)得4分，選對3個(gè)得5分。每選錯(cuò)1個(gè)扣3分，最低得分為0分) A.只要知道氣體的摩爾體積和阿伏加德羅常數(shù)，就可以算出氣體分子的體積 B.對某物體做功，可能會(huì)使該物體的內(nèi)能增加 C.密封在體積不變的容器中的氣體，溫度升高，氣體分子對器壁單位面積上的平均作用力增大 D.一定質(zhì)量的100 ℃的水吸收熱量后變成100 ℃的水蒸氣，系統(tǒng)的內(nèi)能保持不變 E.物體的溫度越高，分子熱運(yùn)動(dòng)越劇烈，分子的平均

5、動(dòng)能就越大 (2)(10分)[2015·全國卷Ⅰ，33(2)]如圖2，一固定的豎直氣缸由一大一小兩個(gè)同軸圓筒組成，兩圓筒中各有一個(gè)活塞。已知大活塞的質(zhì)量為m1＝2.50 kg，橫截面積為S1＝80.0 cm2；小活塞的質(zhì)量為m2＝1.50 kg，橫截面積為S2＝40.0 cm2；兩活塞用剛性輕桿連接，間距為l＝40.0 cm；氣缸外大氣的壓強(qiáng)為p＝1.00×105 Pa，溫度為T＝303 K。初始時(shí)大活塞與大圓筒底部相距，兩活塞間封閉氣體的溫度為T1＝495 K?，F(xiàn)氣缸內(nèi)氣體溫度緩慢下降，活塞緩慢下移。忽略兩活塞與氣缸壁之間的摩擦，重力加速度大小g取 10 m/s2。求： 圖2 (ⅰ

6、)在大活塞與大圓筒底部接觸前的瞬間，缸內(nèi)封閉氣體的溫度； (ⅱ)缸內(nèi)封閉的氣體與缸外大氣達(dá)到熱平衡時(shí)，缸內(nèi)封閉氣體的壓強(qiáng)。 解析　(1)知道氣體的摩爾體積和阿伏加德羅常數(shù)，可以算出每個(gè)氣體分子占據(jù)的平均空間，不能算出單個(gè)氣體分子的體積，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；對物體做功可能會(huì)增加物體的內(nèi)能，熱傳遞和做功是改變內(nèi)能的兩種方式，選項(xiàng)B正確；由查理定律可得，密封的體積不變的氣體，溫度升高，壓強(qiáng)增大，故氣體分子對器壁單位面積上的平均作用力增大，選項(xiàng)C正確；100 ℃的水變成100 ℃的水蒸氣，吸收熱量，內(nèi)能增大，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，物體的溫度越高，分子熱運(yùn)動(dòng)越劇烈，分子的平均動(dòng)能越大，選項(xiàng)E

7、正確。 (2)(ⅰ)大小活塞在緩慢下移過程中，受力情況不變，氣缸內(nèi)氣體壓強(qiáng)不變，由蓋－呂薩克定律得＝ 初狀態(tài)V1＝(S1＋S2)，T1＝495 K 末狀態(tài)V2＝lS2 代入可得T2＝T1＝330 K (ⅱ)對大、小活塞受力分析則有 m1g＋m2g＋pS1＋p1S2＝p1S1＋pS2 可得p1＝1.1×105 Pa 缸內(nèi)封閉的氣體與缸外大氣達(dá)到熱平衡過程中，氣體體積不變，由查理定律得＝，T3＝T＝303 K 解得p2＝1.01×105 Pa 答案　(1)BCE　(2)(ⅰ)330 K　(ⅱ)1.01×105 Pa 3.(1)(5分)下列說法正確的是__________。(填

8、正確答案標(biāo)號。選對1個(gè)得2分，選對2個(gè)得4分，選對3個(gè)得5分。每選錯(cuò)1個(gè)扣3分，最低得分為0分) A.一定質(zhì)量的理想氣體，壓強(qiáng)變小時(shí)，分子間的平均距離可能變小 B.分子間同時(shí)存在著引力和斥力，當(dāng)分子間距離增大時(shí)，分子間的引力減小、斥力減小 C.布朗運(yùn)動(dòng)是由液體各部分的溫度不同而引起的 D.外界對氣體做功，氣體內(nèi)能可能減少 E.熱量不可能由低溫物體傳遞給高溫物體 (2)(10分)如圖3所示，兩個(gè)邊長為10 cm的正方體密閉導(dǎo)熱容器A、B，用一很細(xì)的玻璃管連接，玻璃管的下端剛好與B容器的底部平齊，玻璃管豎直部分長為L＝30 cm，初始時(shí)刻閥門K1、K2均關(guān)閉，B容器中封閉氣體的壓強(qiáng)為1

9、5 cmHg。外界環(huán)境溫度保持不變。 圖3 (ⅰ)打開閥門K1，讓水銀緩慢流入B容器，求最終B容器中水銀的高度； (ⅱ)再打開閥門K2，向B容器中充入p0＝75 cmHg的氣體，使B容器中恰好沒有水銀，求充入氣體的體積。 解析　(1)一定質(zhì)量的理想氣體，壓強(qiáng)變小時(shí)，若溫度降低、體積減小，則分子間的平均距離變小，選項(xiàng)A正確；分子間同時(shí)存在著引力和斥力，當(dāng)分子間距離增大時(shí)，引力和斥力均減小，當(dāng)分子間距離減小時(shí)，引力和斥力均增大，選項(xiàng)B正確；布朗運(yùn)動(dòng)是懸浮在液體中的微小顆粒的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；外界對氣體做功，若氣體放出熱量，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，氣體內(nèi)能可能減少，選項(xiàng)D正確；壓縮機(jī)

10、做功可以使熱量由低溫物體傳遞給高溫物體，選項(xiàng)E錯(cuò)誤。 (2)(ⅰ)打開閥門K1，穩(wěn)定后，設(shè)B容器中水銀的高 度為h，容器底面積為S 初始時(shí)，B中封閉氣體體積 V1＝10 cm×S 氣體壓強(qiáng)p1＝15 cmHg(1分) 穩(wěn)定時(shí)，B中封閉氣體體積 V2＝(10 cm－h(huán))S(1分) 氣體壓強(qiáng)p2＝10－h(huán)＋L－h(huán)(1分) 據(jù)玻意耳定律，得p1V1＝p2V2(2分) 得h＝5 cm(另一解不符合題意，舍去)(1分) (ⅱ)再打開閥門K2，設(shè)向B容器中充入氣體的體積為ΔV時(shí)，B容器中恰好沒有水銀 B中封閉氣體壓強(qiáng)p3＝40 cmHg(1分) 由p1V1＋p0ΔV＝p3V1(2

11、分) 解得ΔV＝ cm3或ΔV＝3.3×10－4 m3(1分) 答案　(1)ABD　(2)(ⅰ)5 cm　(ⅱ)3.3×10－4 m3 4.(1)(5分)關(guān)于固體、液體和氣體，下列說法正確的是__________。(填正確答案標(biāo)號。選對1個(gè)得2分，選對2個(gè)得4分，選對3個(gè)得5分。每選錯(cuò)1個(gè)扣3分，最低得分為0分) A.液晶像液體一樣具有流動(dòng)性，而其光學(xué)性質(zhì)與某些多晶體相似，具有各向同性 B.固體可以分為晶體和非晶體，非晶體和多晶體都沒有確定的幾何形狀 C.毛細(xì)現(xiàn)象及浸潤現(xiàn)象的產(chǎn)生均與表面張力有關(guān)，都是分子力作用的結(jié)果 D.空氣中水蒸氣的實(shí)際壓強(qiáng)越大，相對濕度就越大 E.大量氣體

12、分子做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，速率有大有小，但分子的速率按“中間多，兩頭少”的規(guī)律分布 (2)(10分)如圖4所示，一個(gè)開口向右的圓筒氣缸固定于地面上，距缸底2L處固定一個(gè)中心開孔的隔板a，在小孔處裝有一個(gè)能向左開啟的單向閥門b，c是一截面積為S的活塞。開始時(shí)隔板左側(cè)封閉的理想氣體壓強(qiáng)為1.5p0；隔板右側(cè)封閉了另一部分同種理想氣體，剛開始活塞c與隔板間的距離為L?，F(xiàn)對活塞c施加一水平向左的力F，其大小由0緩慢增大到F0時(shí)，b恰好打開。已知外界大氣壓強(qiáng)為p0，氣體溫度保持不變，活塞與隔板厚度均不計(jì)，活塞與氣缸、閥門與隔板間的摩擦也不計(jì)。求： 圖4 (ⅰ)F0的大小； (ⅱ)當(dāng)力F緩慢增大到1.

13、2F0時(shí)，活塞c到缸底的距離； (ⅲ)當(dāng)力F緩慢增大到2F0時(shí)，缸內(nèi)氣體壓強(qiáng)。 解析　 (1)液晶在光學(xué)性質(zhì)上具有各向異性，A項(xiàng)錯(cuò)誤；空氣中水蒸氣的實(shí)際壓強(qiáng)越大，絕對濕度越大；水蒸氣的實(shí)際壓強(qiáng)與同溫度下水的飽和汽壓的比值決定相對濕度的大小，D項(xiàng)錯(cuò)誤；固體可以分為晶體和非晶體，晶體又分為單晶體和多晶體，其中單晶體具有確定的幾何形狀，非晶體和多晶體沒有確定的幾何形狀，B項(xiàng)正確；毛細(xì)現(xiàn)象和浸潤現(xiàn)象均是液體表面層分子力作用的宏觀表現(xiàn)，C項(xiàng)正確；由氣體分子的統(tǒng)計(jì)規(guī)律可知，氣體分子的速率按“中間多，兩頭少”的規(guī)律分布，E項(xiàng)正確。 (2)(ⅰ)對閥門，剛打開時(shí)左右氣體壓強(qiáng)應(yīng)相等，即右側(cè)氣體壓強(qiáng)也為1.

14、5p0， 故對c有，1.5p0S＝p0S＋F0(2分) 故F0＝0.5p0S(1分) (ⅱ)對右側(cè)氣體，從開始到b剛打開的過程 根據(jù)玻意耳定律得p0LS＝1.5p0L1S(1分) 解得L1＝(1分) 對全部氣體，當(dāng)F為1.2F0時(shí)，氣體壓強(qiáng)為 p0＋＝1.6p0 根據(jù)玻意耳定律有1.5p0＝1.6p0L2S(1分) 解得L2＝2.5L(1分) (ⅲ )當(dāng)力為2F0時(shí)，設(shè)隔板右側(cè)氣體壓強(qiáng)為p，則p＝2p0 根據(jù)玻意耳定律有1.5p0＝2p0L3S(1分) 解得L3＝2L，故全部氣體恰在隔板a左側(cè)(1分) 則壓強(qiáng)為2p0(1分) 答案　(1)BCE　(2)(ⅰ)0.5p

15、0S　(ⅱ)2.5L　(ⅲ)2p0 5.(1)(5分)如圖5所示，一定質(zhì)量的理想氣體，從圖示A狀態(tài)開始，經(jīng)歷了B、C狀態(tài)，最后到D狀態(tài)，下列判斷正確的是________。(填正確答案標(biāo)號。選對1個(gè)得2分，選對2個(gè)得4分，選對3個(gè)得5分。每選錯(cuò)1個(gè)扣3分，最低得分為0分) 圖5 A.A―→B過程溫度升高，壓強(qiáng)不變 B.B―→C過程體積不變，壓強(qiáng)變小 C.B―→C過程體積不變，壓強(qiáng)不變 D.C―→D過程體積變小，壓強(qiáng)變大 E.C―→D過程溫度不變，壓強(qiáng)變小 (2)(10分)如圖6所示，豎直放置的均勻細(xì)U形管，左管上端封閉，長OA＝30 cm，右管足夠長且上端開口，底部管長AB＝

16、20 cm。初始時(shí)左右兩管水銀面等高、且水銀柱高為10 cm，左管中封閉氣體溫度為27 ℃。已知大氣壓強(qiáng)為p0＝75 cmHg，g取10 m/s2。 圖6 (ⅰ)若對左管中封閉氣體加熱，直至左、右管中水銀面形成5 cm長的高度差，則此時(shí)封閉氣體的溫度為多少攝氏度？ (ⅱ)若保持封閉氣體溫度為27 ℃不變。使U形管在豎直面內(nèi)沿水平方向做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，則當(dāng)左管的水銀恰好全部進(jìn)入AB內(nèi)時(shí)，加速度為多大？ 解析　(1)由題圖可知，在A―→B的過程中，氣體溫度升高，體積變大，且體積與溫度成正比，由＝C可知，氣體壓強(qiáng)不變，故選項(xiàng)A正確；在B―→C的過程中，體積不變，而溫度降低，由＝C可知，氣

17、體壓強(qiáng)變小，故選項(xiàng)B正確，C錯(cuò)誤；在C―→D的過程中，氣體溫度不變，體積變小，由＝C可知，氣體壓強(qiáng)變大，故選項(xiàng)D正確，E錯(cuò)誤。 (2)(ⅰ)設(shè)U形管的橫截面積為S 狀態(tài)一：V1＝20 cm×S、T1＝273＋t1＝300 K、p1＝p0＝75 cmHg(1分) 狀態(tài)二：V2＝22.5 cm×S、T2＝273＋t2、p2＝p0＋5 cm Hg＝80 cmHg(1分) 由理想氣體狀態(tài)方程有＝(2分) 解得t2＝87 ℃(1分) (ⅱ)設(shè)水銀密度為ρ，左管的水銀恰好全部進(jìn)入AB時(shí) 狀態(tài)三：V3＝30 cm×S、p3 由玻意耳定律有p1V1＝p3V3(1分) AB段水銀柱的質(zhì)量m＝ρS·AB AB段水銀柱右側(cè)所受壓強(qiáng)p3′＝p0＋ρgΔh2(1分) 由牛頓第二定律有p3′S－p3S＝ma(1分) Δh2＝20 cm、AB＝20 cm 解得a＝22.5 m/s2，方向水平向左(2分) 答案　(1)ABD　(2)(ⅰ)87 ℃　(ⅱ)22.5 m/s2　方向　水平向左 - 8 -